一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置及方法，内耐压封孔器和外耐压封孔器均设置在压裂钻孔内，注浆管一端穿过外耐压封孔器处于内耐压封孔器和外耐压封孔器之间；所述空气压缩机的出口通过管路与多级冷凝器的进口连接，注液泵通过传输管与压裂管一端连接，压裂管另一端依次穿过外耐压封孔器和内耐压封孔器伸入压裂钻孔内，负温分流器和限流器装在传输管上，限流器其中一个端口通过回流管路及回流三通连接在空气压缩机和多级冷凝器之间的管路。本发明专利技术能对压裂钻孔的内部进行有效密封，同时能持续实现液态二氧化碳低温冻结、相变膨胀的双重致裂效果，最终有效提高煤层气储层渗透率。提高煤层气储层渗透率。提高煤层气储层渗透率。

【技术实现步骤摘要】
一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置及方法，尤其适用于富含膨润土、高吸附性的致密煤层气储层的致裂增透等工作中，属于煤层气井下安全高效开采的范畴。

技术介绍

[0002]以煤层气为代表的非常规能源，在我国能源结构的占有比重不断提升，逐渐成为我国未来能源消费的主流资源。但由于该类能源的赋存条件较为复杂，储层基质透气性较差，大规模开发起来存在着较大的困难，如储层易受伤害、开采效率低下、成本较高等。目前较为普遍的压裂增透方式是水力压裂技术，但是该技术存在着耗水量大、易附带水锁及水敏效应，设备体积较大等缺陷，因此以水基压裂液为核心的水力压裂技术已经不能满足高吸附、储层膨润土含量较高的气藏的开采需求。
[0003]无水压裂技术改变了传统水基压裂液的方式，采用不同相态的二氧化碳或氮气等作为压裂液，利用气体本身或汽化形成的高压气体对储层进行致裂。液态二氧化碳温度为
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37℃，且在0℃下存在着1:557的液
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气体积比，从而能够产生较大的气体压力。采用液态二氧化碳作为压裂液存在着以下优势：1.液态二氧化碳具有较煤岩较低的液态温度，接触煤岩时能够与其发生明显的热量交换，造成煤岩温度降低，而煤岩内部较高的温度分布能够于钻孔周围一定范围内形成温度梯度，进而可诱发温度应力；2.煤岩温度降低过程中，如果煤岩内部含有自由水，负温条件则可使自由水固结成冰，于层理或孔隙内发生9％的体积膨胀，形成的冰体楔入煤岩弱面，造成煤岩内部微裂纹成核，扩展及延伸；3.液
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气相变的液态二氧化碳所形成的高压气体，在钻孔高密封条件下，能够对煤岩造成高压气体冲击，当超过煤岩抗压强度时，则会导致大型裂隙的形成；4.二氧化碳具有高吸附性，能够驱替吸附态的煤层气，驱替效果较好，能够实现致裂及驱替双重功能。但是现有的液态二氧化碳致裂技术局限于单次大容量注入，依靠瞬间形成的高压气体来实现致裂的目的。这种方式并不适用于高原寒区冻土或冻岩地区的煤矿，由于高原寒区冻土或冻岩受到季节更替的影响，在秋冬季节土体或岩石内部的水分冻结成冰，而在春夏季节高温作用出现冰体融冻，一定周期的冻结
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融冻作用历程极大程度地弱化介质内部自身强度，导致介质内部出现严重的劣化现象，最终增大介质破碎程度。而寒区冻土的作用周期过长，介质破坏则需要较久的时空演化进程。这样煤层内部会存在较多的裂隙，在进行液态二氧化碳致裂过程中，目前无法有效的对煤层钻孔进行密封，进而导致液态二氧化碳注入钻孔后气化的二氧化碳气体会从一些已有的裂隙内逃逸，降低钻孔内部的气化压力，最终无法实现对钻孔深部煤层的瞬间气化冲击压裂作用，并且现有的方式仅进行单次大容量注入，由于高原寒区冻土或冻岩本身的特性，现有的方式无法在钻孔密封效果较差，同时仅进行单次注入的瞬间压裂过程后实现较好的煤层增透效果，因此如何提供一种方法，能对压裂钻孔的内部进行有效密封，同时能持续实现液态二氧化碳低温冻结、相变膨胀的双重致裂效果，最终有效提高煤层气储层渗透率，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置及方法，能对压裂钻孔的内部进行有效密封，同时能持续实现液态二氧化碳低温冻结、相变膨胀的双重致裂效果，最终有效提高煤层气储层渗透率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置，包括内耐压封孔器、外耐压封孔器、注浆管、压裂管、限流器、负温分流器、注浆泵、浆液罐体、注液泵、回流管路、液态二氧化碳储罐、多级冷凝器和空气压缩机；
[0006]所述内耐压封孔器和外耐压封孔器均设置在压裂钻孔内，注浆管一端穿过外耐压封孔器处于内耐压封孔器和外耐压封孔器之间，注浆管另一端与注浆泵的出口连接，注浆泵的进口通过管路与浆液罐体连接；
[0007]所述空气压缩机的出口通过管路与多级冷凝器的进口连接，多级冷凝器的出口通过管路与液态二氧化碳储罐的进口连接，液态二氧化碳储罐的出口通过液态二氧化碳管路与注液泵的进口连接，注液泵的出口与传输管一端连接，传输管另一端通过管箍与压裂管一端连接，压裂管另一端依次穿过外耐压封孔器和内耐压封孔器伸入压裂钻孔内，负温分流器和限流器装在传输管上，限流器其中一个端口通过回流管路及回流三通连接在空气压缩机和多级冷凝器之间的管路；负温分流器其中一个端口通过传输支管及三通接头与注浆管连接。
[0008]进一步，在负温分流器和限流器之间的传输管上装有第二单向阀，且第二单向阀的进口朝向负温分流器；在传输支管上装有第一单向阀，且第一单向阀的进口朝向负温分流器。增设单向阀能使流体按照单一方向流动，防止逆流。
[0009]进一步，所述液态二氧化碳储罐上装有安全阀，传输支管上装有第一压力表，压裂管上装有第二压力表。通过设置安全阀能在防止压力过大发生危险，另外设置压力表能对所需的位置进行压力的实时监测。
[0010]上述液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置的工作方法，具体步骤为：
[0011]步骤1：利用钻机预先向冻土或冻岩地区煤层气储层钻取多个钻孔组合，其中每个钻孔组合包括1个压裂钻孔和2～4个监测钻孔，且监测钻孔以压裂钻孔为中心均匀分布；
[0012]步骤2：将液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置完成安装布设，使内耐压封孔器和外耐压封孔器分别对压裂钻孔进行封堵；且初始状态第一单向阀和第二单向阀均处于关闭状态；
[0013]步骤3：将具有二氧化碳吸附特性的多孔骨料与水混合成浆液，并将形成的浆液放入浆液罐体，接着启动注浆泵，将浆液经过注浆管注入内耐压封孔器和外耐压封孔器之间的压裂钻孔内，持续注入直至通过第一压力表观察注浆管内的压力值达到设定值时，停止注浆并保压30min；
[0014]步骤4：完成保压后，关闭注浆泵并打开第一单向阀，此时将二氧化碳气体供给管路与空气压缩机连接，并启动空气压缩机，空气压缩机对二氧化碳气体进行压缩，压缩后的空气流经多级冷凝器进行液化，形成液态二氧化碳，液态二氧化碳进入注液泵后，经过注液泵增压后，高压液态二氧化碳经过负温分流器、第一单向阀及注浆管后注入内耐压封孔器和外耐压封孔器之间的压裂钻孔内，此时液态二氧化碳与浆液内的水进行热交换，水的温度快速下降形成冰增大体积，同时热交换后液态二氧化碳气化，气化后的二氧化碳气体被
多孔骨料吸收进而使多孔骨料体积膨胀，在多孔骨料体积膨胀和水相变成冰增大体积的双重作用下，实现对内耐压封孔器和外耐压封孔器之间的压裂钻孔进行自增压封孔，形成封孔段；
[0015]步骤5：完成后，关闭第一单向阀，打开第二单向阀，并保持空气压缩机、多级冷凝器和注液泵的工作状态，使液态二氧化碳依次经过第二单向阀、限流器和压裂管注入至封孔段封堵的压裂钻孔内，持续注液直至达到设定的注液时间后停止注液，关闭第二单向阀对压裂钻孔进行保压，此时液态二氧化碳与周围煤岩进行热交换使煤岩温度骤降，热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置，其特征在于，包括内耐压封孔器、外耐压封孔器、注浆管、压裂管、限流器、负温分流器、注浆泵、浆液罐体、注液泵、回流管路、液态二氧化碳储罐、多级冷凝器和空气压缩机；所述内耐压封孔器和外耐压封孔器均设置在压裂钻孔内，注浆管一端穿过外耐压封孔器处于内耐压封孔器和外耐压封孔器之间，注浆管另一端与注浆泵的出口连接，注浆泵的进口通过管路与浆液罐体连接；所述空气压缩机的出口通过管路与多级冷凝器的进口连接，多级冷凝器的出口通过管路与液态二氧化碳储罐的进口连接，液态二氧化碳储罐的出口通过液态二氧化碳管路与注液泵的进口连接，注液泵的出口与传输管一端连接，传输管另一端通过管箍与压裂管一端连接，压裂管另一端依次穿过外耐压封孔器和内耐压封孔器伸入压裂钻孔内，负温分流器和限流器装在传输管上，限流器其中一个端口通过回流管路及回流三通连接在空气压缩机和多级冷凝器之间的管路；负温分流器其中一个端口通过传输支管及三通接头与注浆管连接。2.根据权利要求1所述的一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置，其特征在于，在负温分流器和限流器之间的传输管上装有第二单向阀，且第二单向阀的进口朝向负温分流器；在传输支管上装有第一单向阀，且第一单向阀的进口朝向负温分流器。3.根据权利要求1所述的一种液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置，其特征在于，所述液态二氧化碳储罐上装有安全阀，传输支管上装有第一压力表，压裂管上装有第二压力表。4.一种根据权利要求1至3任一项所述的液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1：利用钻机预先向冻土或冻岩地区煤层气储层钻取多个钻孔组合，其中每个钻孔组合包括1个压裂钻孔和2～4个监测钻孔，且监测钻孔以压裂钻孔为中心均匀分布；步骤2：将液态二氧化碳循环致裂煤层气储层增透装置完成安装布设，使内耐压封孔器和外耐压封孔器分别对压裂钻孔进行封堵；且初始状态第一单向阀和第二单向阀均处于关闭状态；步骤3：将具有二氧化碳吸附特性的多孔骨料与水混合成浆液，并将形成的浆液放入浆液罐体，接着启动注浆泵，将浆液经过注浆管注入内耐压封孔器和外耐压封孔器之间的压裂钻孔内，持续注入直至通过第一压力表观察注浆管内的压力值达到设定值时，停止注浆并保压30min；步骤4：完成保压后，关闭注浆泵并打开第一单向阀，此时将二氧化碳气体供给管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐吉钊，翟成，陈爱坤，石克龙，丁熊，徐鹤翔，王帅，吴西卓，蔡渝梁，王宇，黄婷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：